WO2009016896A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Shinya Hirota
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
  • the exhaust passage of the internal combustion engine is branched into two, and each of the branched exhaust passages is provided with an occlusion reduction type NO x catalyst (hereinafter referred to as NO x catalyst), and the branched exhaust passages are joined together.
  • NO x catalyst occlusion reduction type NO x catalyst
  • a particulate filter (hereinafter referred to as “fill”) is provided downstream of the position where the exhaust gas is to be recirculated, and when the filter is regenerated, the exhaust of the rich air-fuel ratio is passed through one NO x catalyst, and the other NO x catalyst.
  • An object of the present invention is to provide a technology capable of suppressing overheating of an exhaust purification catalyst provided upstream of the filter while promptly raising the temperature of the filter during regeneration of the engine in an engine exhaust purification device.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is
  • An exhaust passage that branches into a plurality at a branching portion and joins at a joining portion downstream of the branching portion;
  • An exhaust purification catalyst provided in each of the exhaust passages between the branch portion and the merging portion;
  • a particulate filter that is provided in an exhaust passage downstream of the merging portion and carries a catalyst having oxidation ability, or provided upstream with a catalyst having oxidation ability;
  • Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the respective exhaust passages downstream from the branch and upstream from the exhaust purification catalyst;
  • the reducing agent When regenerating the particulate filter, the reducing agent is supplied from one reducing agent supply means and passes through one exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage to which the reducing agent is supplied. It is characterized in that the amount of exhaust is made smaller than the amount of exhaust that passes through other exhaust purification catalysts.
  • the reducing agent that has not reacted with the one exhaust purification catalyst flows into the Patiquile filter.
  • the exhaust gas flowing out from the other exhaust purification catalyst contains a large amount of oxygen.
  • oxygen will also flow into the particulate curry. That is, since the reducing agent and oxygen flow into the particulate filter, the reducing agent and oxygen are carried on the particulate filter or generate heat by the catalyst having the oxidizing ability provided upstream. As a result, the temperature of the Patrickle filter can be raised. In other words, it is possible to increase the temperature of the Patikure Ichijo concertc while suppressing the temperature increase of the exhaust purification catalyst.
  • the amount of exhaust gas passing through the one exhaust purification catalyst can be reduced until the amount of the reducing agent adhering to the one exhaust purification catalyst becomes equal to or less than the threshold value.
  • a reducing agent may be attached to the exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage to which the reducing agent is supplied.
  • the reducing agent and oxygen react together at the same exhaust purification catalyst.
  • the one exhaust purification catalyst may be overheated.
  • the reducing agent adhering to the exhaust purification catalyst gradually evaporates even when the amount of exhaust gas passing through the exhaust purification catalyst is reduced, so that it decreases with time. Then, by increasing the amount of exhaust gas after the reducing agent adhering to one exhaust purification catalyst has decreased, overheating of the exhaust purification catalyst can be suppressed.
  • the threshold value can be the amount of reducing agent that does not overheat the exhaust purification catalyst when the amount of exhaust gas passing through one exhaust purification catalyst is restored. It should be noted that the amount of reducing agent adhered so that the exhaust purification catalyst does not overheat when the amount of exhaust is increased. It is also possible to obtain in advance a period until the value becomes, and to set this period as a period for reducing the amount of exhaust gas passing through the one exhaust purification catalyst.
  • the exhaust purification catalyst is configured to include an NOx storage reduction catalyst, and regeneration of the particulate filter is performed when NOx stored in the one exhaust purification catalyst is reduced. Can be done.
  • This NOx storage reduction catalyst absorbs NOx in the exhaust when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, and stores the NOx in the exhaust gas when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is low and a reducing agent is present.
  • the soot of exhaust gas passing through the one exhaust purification catalyst can be reduced so that the amount of oxygen in the atmosphere of the one exhaust purification catalyst becomes a predetermined value or less.
  • the predetermined value can be an oxygen amount that can suppress overheating of one exhaust purification catalyst regardless of the amount of reducing agent supplied.
  • the adjusting means includes an adjusting valve that is provided in each of the exhaust passages between the branching portion and the merging portion and that adjusts a cross-sectional area of the exhaust passage.
  • the reduction in the amount of exhaust passing through the The supply of the reducing agent by the one reducing agent supply means can be started during the period from when the control valve starts to close until it is fully closed.
  • the reducing agent if the reducing agent is supplied into the exhaust gas by the one reducing agent supply means after the amount of the exhaust gas passing through the one exhaust purification catalyst is reduced, the reducing agent reaches the one exhaust purification catalyst. Takes time. As a result, the time required for the regeneration of the particulate curry is increased.
  • the particulate filter can be quickly regenerated by reducing the amount of exhaust gas that passes through the one exhaust purification catalyst. Then, by supplying the reducing agent by the one reducing agent supply means between the time when the control valve starts to close and the time when the regulating valve is fully closed, the time until the reducing agent reaches the one exhaust purification catalyst is shortened. At the same time, the amount of oxygen when the reducing agent reaches can be reduced. This makes it possible to quickly regenerate the particulate fill while suppressing overheating of the exhaust purification catalyst.
  • the supply of the reducing agent from the reducing agent supply means is performed at equal intervals while being divided into a plurality of times, and the supply amount of each of the divided reducing agents can be reduced to a predetermined amount or less.
  • the supply of the reducing agent is divided into a plurality of times, the supply amount per time is reduced as much as possible, and the supply of the reducing agent is performed at regular intervals, whereby the vaporization of the reducing agent can be promoted.
  • the amount of reducing agent adhering to the same exhaust purification catalyst as a liquid is reduced. That is, the amount of reducing agent that passes without adhering to one exhaust purification catalyst increases. Then, since the amount of reducing agent adhering to one exhaust purification catalyst is reduced, the amount of reducing agent that reacts when the amount of exhaust gas passing through one exhaust purification catalyst increases thereafter is reduced. be able to.
  • thermal deterioration of the exhaust purification catalyst proceeds.
  • the particulate filter is regenerated by sequentially supplying a reducing agent from one exhaust purification catalyst to the other exhaust purification catalyst, the degree of progress of thermal deterioration of each exhaust purification catalyst can be determined for each particulate filter. The same level can be achieved with a filter. As a result, the purification capacity of the entire system can be kept higher.
  • the one reducing agent supply means is provided with another exhaust purification catalyst even if the reducing agent vaporizes when the reducing agent is supplied and the exhaust passage backflows. Reducing agent can be supplied to places that do not reach.
  • the reducing agent when the reducing agent is supplied into the exhaust, a part of the reducing agent is vaporized by the heat of the exhaust, and the volume of the reducing agent expands. At this time, since the amount of exhaust gas passing through the exhaust purification catalyst is reduced, the expanded reducing agent may flow backward in the exhaust passage. When the expanded reducing agent reaches the branch portion, the reducing agent flows into the exhaust passage in which another exhaust purification catalyst is provided. In other exhaust purification catalysts, since the amount of oxygen passing through is not reduced, the amount of oxygen passing therethrough is large, so the reducing agent that has flowed in reacts. Therefore, the amount of reducing agent that reaches the particulate filter is reduced, and the time required for regeneration of the particulate filter is increased.
  • the reducing agent supplied by the one reducing agent supply means does not reach the exhaust passage where the other exhaust purification catalyst is provided. Take a sufficiently long distance from the branch. Thereby, it is possible to suppress the reducing agent from passing through another exhaust purification catalyst.
  • the gas is supplied into the exhaust passage by the reducing agent supply means. Further, a member that collides with the reducing agent can be provided in each exhaust passage.
  • This member may be heated by a heater or the like.
  • the other members may be made of metal.
  • an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio of exhaust flowing in an exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst and upstream of the merging portion, and downstream of the exhaust purification catalyst and of the merging portion
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the
  • An abnormality determination means for determining that an abnormality has occurred in any member when a value detected by either the air-fuel ratio sensor or the temperature sensor is outside a predetermined range;
  • the predetermined range indicates a range of detection values when all members are normal.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its exhaust system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of fuel addition control when the filter is regenerated in the embodiment.
  • Fig. 3 is an enlarged view of the vicinity of the first fuel addition valve and the second fuel addition valve when the dispersion plate is provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 and its exhaust system according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 shown in Fig. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine.
  • the exhaust passage 2 branches into a first exhaust passage 2 1 and a second exhaust passage 2 2 at a branch portion 1 1, and the first exhaust passage 2 1 and the second exhaust passage 2 2 are separated from the branch portion 1. It merges at the junction 1 2 downstream of 1.
  • the first exhaust passage 2 1 is provided with a first NOx storage reduction type NO x catalyst 3 1 (hereinafter referred to as a first NO x catalyst 3 1).
  • the second exhaust passage 22 is provided with a second NOx storage reduction catalyst 3 2 (hereinafter referred to as a second NO x catalyst 3 2).
  • the first NO x catalyst 3 1 and the second NO x catalyst 3 2 occlude NO x in the exhaust when the oxygen concentration in the inflowing exhaust is high, the oxygen concentration in the inflowing exhaust is low, and there is a reducing agent When it does, it has the function of reducing the stored NO x.
  • the first NO x catalyst 3 and the second NO x catalyst 3 2 correspond to the exhaust purification catalyst in the present invention.
  • the first exhaust passage 2 ⁇ downstream from the branch portion 1 1 and upstream from the first NO x catalyst 3 1 has a fuel (light oil) as a reducing agent in the exhaust gas flowing through the first exhaust passage 21. )
  • the first fuel addition valve 51 is added.
  • the second exhaust downstream from the branching section 1 1 and upstream from the second NOx catalyst 3 2 is provided. 8 061279
  • the 9 air passage 22 is provided with a second fuel addition valve 52 for adding a fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the second exhaust passage 22.
  • the first fuel addition valve 51 and the second fuel addition valve 52 correspond to the reducing agent supply means in the present invention.
  • a first control valve for adjusting the cross-sectional area of the first exhaust passage 21 is provided in the first exhaust passage 2 1 downstream of the first NO x catalyst 3 1 and upstream of the junction 12. 4 1 is provided. Further, a second control valve 4 that adjusts the cross-sectional area of the second exhaust passage 2 2 is provided in the second exhaust passage 2 2 downstream of the second NO x catalyst 3 2 and upstream of the junction 12. 2 is provided.
  • the first control valve 41 and the second control valve 42 correspond to the adjusting means in the present invention.
  • the first NOx catalyst 3 1 and the upstream side of the first control valve 4 1 upstream of the first exhaust passage 2 1 detect the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the first exhaust passage 2 1.
  • An air-fuel ratio sensor 6 1 and a first temperature sensor 7 1 for detecting the temperature of exhaust gas are attached. Further, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the second exhaust passage 22 is detected in the second exhaust passage 22 downstream of the second NOx catalyst 32 and upstream of the second control valve 42.
  • the second air-fuel ratio sensor 62 and the second temperature sensor 72 that detect the temperature of the exhaust gas are attached.
  • the first air-fuel ratio sensor 61 and the second air-fuel ratio sensor 6 2 correspond to the air-fuel ratio sensor in the present invention.
  • the first temperature sensor 71 and the second temperature sensor 72 correspond to the temperature sensor in the present invention.
  • a particulate filter 8 (hereinafter referred to as a filter 8) carrying an oxidation catalyst is provided in the exhaust passage 2 downstream of the joining portion 12.
  • This filter 8 collects PM contained in the exhaust gas.
  • an oxidation catalyst may be provided downstream from the joining portion 12 and upstream from the filter 8.
  • other catalysts with oxidation ability eg NO x catalyst, three-way catalyst) ) Can also be used.
  • a third temperature sensor 9 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 2 is attached to the exhaust passage 2 downstream of the filter 8.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an E C LM 0 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the output signal of the sensor is input to ECU10.
  • the ECU 10 is connected to the first fuel addition valve 5, the second fuel addition valve 52, the first fuel control valve 4 1, and the second control valve 4 2, which are controlled by the ECU 10. .
  • the filter 8 when the filter 8 is regenerated, fuel is injected from the first fuel addition valve 51 and the first control valve 41 is closed.
  • the first control valve 4 ⁇ is set so that a gap through which the exhaust can flow is left even when it is closed most.
  • the state in which the first control valve 4 1 or the second control valve 4 2 is the most closed side is referred to as “fully closed”.
  • the first control valve 4 1 may be fully closed during the regeneration of the fill evening 8.
  • the fuel that flows out of the first N Ox catalyst 3 1 and the oxygen that passes through the second N Ox catalyst 3 2 react with each other in the oxidation catalyst supported on the filter 8, so that the reaction heat at this time As a result, the temperature of the filter 8 rises. Thereby, the filter 8 can be reproduced.
  • the amount of fuel added from the first fuel addition valve 5 1 is adjusted so that the air-fuel ratio of the exhaust gas passing through the first N Ox catalyst 3 1 becomes rich.
  • feedback control may be performed so that the air-fuel ratio detected by the first air-fuel ratio sensor 6 1 becomes a predetermined rich air-fuel ratio.
  • the amount of fuel added from the first fuel addition valve 51 may be adjusted so that the temperature of the filter 8 becomes a temperature necessary for regeneration of the filter 8.
  • feedback control may be performed so that the temperature detected by the third temperature sensor 9 becomes a predetermined temperature.
  • the first adjustment valve 41 and the second control valve 42 are fully opened except when the filter 8 is regenerated, when NOx is reduced, or when sulfur poisoning is restored.
  • the filter 8 may be regenerated in the order of (1) to (4) below.
  • E C U 10 outputs a signal to fully close the first control valve 4 1.
  • E C U 10 outputs a signal for injecting fuel from the first fuel addition valve 51.
  • the first control valve 4 1 when fuel is injected from the first fuel addition valve 51, a part of the fuel adheres to the first NOx catalyst 31.
  • the first control valve 4 1 is fully opened in a state where a large amount of fuel is attached to the first NOx catalyst 3 1, the fuel and oxygen adhering to the first NOX catalyst 3 1 May react and the first N Ox catalyst 31 may be overheated.
  • the first control valve 41 is not opened immediately after the fuel addition is stopped, but is opened after a predetermined time has elapsed. In other words, the first control valve 4 1 is opened after the fuel adhering to the first NOx catalyst 3 1 is oxidized under low SV.
  • the timing for opening the first control valve 4 1 is, for example, estimating the amount of fuel attached to the first N Ox catalyst 3 1, and the amount by which this fuel amount does not cause overheating of the first N Ox catalyst 3 1 (threshold It can be set as the time until it decreases below. Next, the flow of fuel addition control at the time of regeneration of the filter 8 in this embodiment will be described.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the flow of fuel addition control during regeneration of the filter 8 in the present embodiment.
  • step S 1 0 the first control valve 4 1 is fully closed.
  • step S 1 0 fuel is added from the first fuel addition valve 5 1.
  • step S 1 0 3 the amount of fuel adhering to the first N Ox catalyst 3 1 is estimated.
  • step S 1 0 it is determined whether or not the fuel amount estimated in step S 1 0 3 is less than or equal to a threshold value. If an affirmative determination is made in step S 104, the process proceeds to step S 1 0 5, while if a negative determination is made, the process returns to step S 1 0 3.
  • step S 1 0 the first control valve 4 1 is fully opened.
  • the signal in (1) may be output when NOx stored in the first NOx catalyst 31 is reduced.
  • the filter 8 may be regenerated when it is estimated that a predetermined amount or more of NOx is occluded in the first NOx catalyst 3 1. This predetermined amount is obtained in advance through experiments or the like as the amount that requires reduction of NOx.
  • the gap between the first control valve 4 1 and the first exhaust passage 2 1 when the first control valve 4 1 is fully closed can be determined as follows.
  • the first I N Ox catalyst 31 should be a gap through which the exhaust gas flows so as not to overheat. That is, whether or not the first N Ox catalyst 3 1 is overheated is determined by the amount of oxygen remaining in the first N Ox catalyst 3 1, so that the N Ox catalyst 3 1 does not overheat.
  • the gap is determined.
  • the gap may be determined so that an exhaust amount of 1 to 3% flows to the first NOx catalyst 3 1 when the amount of exhaust gas is the largest in the operation region where the regeneration of the filter 8 is performed. Instead of this gap, the amount of exhaust gas passing through the first control valve 4 1 when the first control valve 4 1 is fully closed may be used.
  • the opening degree may be set when the first control valve 4 1 is at the most closed side.
  • the signal in (2) may be issued before the first control valve 41 is fully closed.
  • the fuel may be injected from the first fuel addition valve 51 between the time when the signal for fully closing the first control valve 41 and the time when it is actually fully closed.
  • the first control valve 4 ⁇ is fully closed, First N Ox catalyst 3 1 Since it reacts violently, the first NO x catalyst 3 1 may be overheated.
  • the fuel injected from the first fuel addition valve 51 will be the first NOx catalyst.
  • fuel may be injected from the first fuel addition valve 51 at equal intervals by the signal in (2). In other words, instead of injecting the necessary fuel at once, it may be divided and injected. In addition, it is better that the fuel injection amount per time is as small as possible.
  • the fuel injection interval from the first fuel addition valve 51 may be adjusted so that the air-fuel ratio detected by the first air-fuel ratio sensor 61 becomes a predetermined air-fuel ratio. For example, the fuel injection interval is lengthened to increase the air-fuel ratio, and the fuel injection interval is shortened to decrease it. Further, the fuel injection interval from the first fuel addition valve 5 1 may be adjusted so that the temperature detected by the first temperature sensor 7 1 becomes a predetermined temperature. Further, the first fuel addition valve 51 is connected so that the temperature detected by the third temperature sensor 9 becomes a predetermined temperature. The fuel injection interval may be adjusted. For example, when raising the temperature, the fuel injection interval is shortened so that it becomes richer. Also, when lowering the temperature, increase the fuel injection interval so that it becomes leaner.
  • fuel may be alternately injected from the first fuel addition valve 51 and the second fuel addition valve 52. That is, first, while closing the first control valve 41, fuel is injected from the first fuel addition valve 51, and the second control valve 42 is fully opened. Next, fuel is injected from the second fuel addition valve 52 while the first control valve 4 1 is fully opened and the second control valve 4 2 is closed. By repeating this, fuel and oxygen can be supplied to the filter 8. Further, since the temperature rises alternately between the first NO x catalyst 3 1 and the second NO x catalyst 3 2, the first NO x catalyst 31 and the second NO x catalyst 3 2 are overheated. Can be suppressed.
  • the first control valve 4 1 or the second control valve 4 2 Either fully closed may be kept fully closed.
  • the control valve that is fully closed allows only a small amount of low-temperature exhaust gas to pass through, so that the temperature drop of the N 0 X catalyst provided upstream of this control valve can be suppressed.
  • fuel is added from the fuel addition valve upstream of the fully closed control valve.
  • the temperature of the exhaust gas decreases and the filter Reproduction of 8 becomes difficult.
  • the control valve used for fuel addition is opened, the temperature of the NO x catalyst is taken away by the exhaust gas, and the temperature of the NO x catalyst is lowered. And since it takes a lot of fuel to raise the temperature again, the fuel efficiency will deteriorate.
  • the temperature of the exhaust gas becomes low during regeneration of the filter 8
  • the temperature of the NOx catalyst can be kept high if the control valve is kept fully closed.
  • the regeneration of the filter 8 can be restarted promptly when the temperature of the exhaust gas subsequently increases.
  • the progress of the thermal deterioration of the first NO x catalyst 3 1 and the second NO x catalyst 3 2 can be suppressed.
  • the first control valve 4 1 and the second control valve Valve 42 may be fully open. As a result, an increase in pressure loss caused by closing any of the control valves can be avoided. If the exhaust gas temperature subsequently decreases or the exhaust gas amount decreases, the control valve that was previously fully closed is fully closed again and fuel addition is resumed. Thereby, the progress of the thermal deterioration of the first N O x catalyst 31 and the second N O x catalyst 32 can be suppressed.
  • the position where the first fuel addition valve 51 and the second fuel addition valve 52 are installed may be a position where the fuel added from each fuel addition valve does not flow into the exhaust passage provided with the other fuel addition valve. Good. If fuel is added from the fuel addition valve while the control valve is closed, the flow of the exhaust on the downstream side is restricted when the fuel evaporates and expands. May flow backward. Since a large amount of lean air-fuel ratio exhaust flows in the other exhaust passage, the fuel reacts with the NO x catalyst, so the amount of fuel reaching the filter 8 is reduced. In other words, since more fuel is required to regenerate the filter 8, the fuel consumption deteriorates.
  • the installation position of the first fuel addition valve 51 is determined in consideration of the exhaust flow rate, the amount of fuel addition, and the ambient temperature when the first control valve 41 is fully closed.
  • the speed at which the first exhaust passage 21 flows backward when the fuel expands varies according to the flow rate of the exhaust, the amount of fuel added, and the ambient temperature.
  • the installation position of the first fuel addition valve 5 1 is determined so that the position that reaches the most upstream side when the fuel flows backward is downstream of the branching section 11.
  • the installation position of the second fuel addition valve 52 is similarly determined.
  • the fuel injection amount per time when adding fuel is minimized. That is, the amount of fuel injected from the first fuel addition valve 51 and the second fuel addition valve 52 may be the minimum amount that can be injected from the first fuel addition valve 51 and the second fuel addition valve 52. .
  • the first N O x catalyst 31 and the second N O x catalyst 3 2 may be mounted immediately next to the internal combustion engine 1 and the filter 8 may be mounted under the floor of the vehicle.
  • the filter 8 By arranging the first NO x catalyst 3 1 and the second NO x catalyst 3 2 beside the internal combustion engine 1, it becomes easy to keep the temperature in each NO x catalyst high, and the more efficient NO x Can be reduced.
  • the filter 8 by disposing the filter 8 under the floor near the NOx catalyst, the first control valve 41 and the second control valve 42 can be easily installed, and the capacity of the filter 8 can be increased. it can .
  • a dispersion plate may be provided in the fuel spray region.
  • Fig. 3 is an enlarged view of the vicinity of the first fuel addition valve 5 ⁇ and the second fuel addition valve 52 when the dispersion plate is provided.
  • the first dispersion plate 1 3 1 is provided in the spray region of the fuel injected from the first fuel addition valve 51
  • the second dispersion plate 1 3 is provided in the spray region of the fuel injected from the second fuel addition valve 52. Two are provided.
  • the first dispersion plate 1 3 1 and the second dispersion plate 1 3 2 By using the material of the first dispersion plate 1 3 1 and the second dispersion plate 1 3 2 as a metal, the first dispersion plate 1 3 1 and the second dispersion plate 1 3 2 have a large amount of fuel. It can suppress adhering to. Then, since the temperature of the first dispersion plate 1 3 1 and the second dispersion plate 1 3 2 is increased by the heat of the exhaust, if the fuel adheres to the first dispersion plate 1 3 1 and the second dispersion plate 1 3 2, the fuel Vaporization is promoted.
  • a first electric heater 14 1 is provided between the first fuel addition valve 5 1 and the first NO x catalyst 3 1, and the second fuel addition valve 5 2 and the second NO x catalyst 3 2
  • a second electric heater 1 4 2 may be provided between them.
  • the first electric heater 1 4 1 and the second electric heater 1 4 2 may be other heating devices. That is, fuel vaporization can be promoted by heating the fuel added to the exhaust gas with an electric heater or the like.
  • the first dispersion plate 1 3 1 and the second dispersion plate 1 3 2 correspond to the “member J with which the reducing agent collides” in the present invention.
  • a system abnormality can be determined according to the output signals of the first air-fuel ratio sensor 61, or the first temperature sensor 71, the second air-fuel ratio sensor 62, and the second temperature sensor 72.
  • the air-fuel ratio obtained by the first air-fuel ratio sensor 61 becomes higher than an assumed value (that is, becomes lean).
  • the temperature obtained by the first temperature sensor 7 1 is higher than the assumed value. In other words, if the exhaust air-fuel ratio and temperature are within the assumed ranges, it can be determined that the system is normal.
  • a sensor for detecting the opening degree of the first control valve 4 1 and the second control valve 4 2 is attached to directly detect the opening degree of the first control valve 4 ⁇ and the second control valve 4 2.
  • the abnormality may be determined by In this embodiment, E C U 10 that determines an abnormality in this way corresponds to the abnormality determining means in the present invention.

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Abstract

フィルタの再生時に該フィルタの温度を速やかに上昇させつつ該フィルタよりも上流に備わる排気浄化触媒の過熱を抑制する。分岐部１１で分岐し合流部１２で合流する排気通路２と、分岐部１１と合流部１２の間に夫々設けられる排気浄化触媒３１，３２と、合流部１２よりも下流に設けられるフィルタ８と、排気浄化触媒３１，３２よりも上流から夫々の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給手段５１，５２と、排気浄化触媒３１，３２を通過する排気の量を調節する調節手段４１，４２と、を備え、フィルタ８の再生を行なうときに、一の還元剤供給手段５１から還元剤を供給し、且つ、該還元剤が供給される排気通路２１に設けられている排気浄化触媒３１を通過する排気の量を減少させる。

Description

明細書 内燃機関の排気浄化装置 技術分野
本発明は、 内燃機関の排気浄化装置に関する。
背景技術
内燃機関の排気通路を 2つに分岐させ、 この分岐している排気通路の 夫々に吸蔵還元型 N O x触媒 （以下、 N O x触媒という。） を備え、 さら に、 この分岐した排気通路が合流する位置よリも下流にパティキュレー 卜フィルタ （以下、 フィル夕という。） を備え、 該フィルタの再生を行 うときに一方の N O x触媒にリツチ空燃比の排気を通過させ、 他方の N O x触媒にリーン空燃比の排気を通過させることでフィルタの温度を上 昇させる技術が知られている （例えば、 特許文献 1 (特許第 3 7 5 8 6 1 7号公報） 参照。）。
つまリ、 フィルタには、 一方の N O x触媒で発生した熱と、 該一方の N O x触媒で反応しなかった H Cと、 他方の N O x触媒を通過した酸素と 、 が流入する。 そのため、 H Cと酸素とがフィルタに備わる触媒で反応 して該フィルタの温度が上昇するため、 該フィルタの再生を行なうこと が可能となる。
しかし、 フィル夕に十分な H Cを供給しようとして H Cの供給量を増 加させると、 一方の N O x触媒にて発生する熱の量が多くなリ、 該一方 の N O x触媒が過熱する虞がある。 一方、 過熱を防止しょうとして H C の量を制限すると、 フィルタの温度が十分に上昇しなかったり、 十分な 温度に上昇するまでに時間がかかったりする。 これにより、 燃費が悪化 する。
発明の開示
本発明は、 上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、 内燃 機関の排気浄化装置において、 フィルタの再生時に該フィルタの温度を 速やかに上昇させつつ該フィルタよりも上流に備わる排気浄化触媒の過 熱を抑制することができる技術を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、 以下の手段を採用した。 すなわち、 本発明による内燃機関の排気浄化装 置は、
分岐部で複数に分岐し該分岐部よりも下流の合流部で合流する排気通 路と、
前記分岐部と合流部の間の排気通路に夫々設けられる排気浄化触媒と 、
前記合流部よりも下流の排気通路に設けられ酸化能力を有する触媒を 担持するかまたは酸化能力を有する触媒を上流に備えるパティキユレ一 卜フィルタと、
前記分岐部よリも下流で且つ前記排気浄化触媒よリも上流から夫々の 排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気の量を調節する調節手段と、 を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレー卜フィルタの再生を行なうときに、 一の還元剤供 給手段から還元剤を供給し、 且つ、 該還元剤が供給される排気通路に設 けられている一の排気浄化触媒を通過する排気の量を他の排気浄化触媒 を通過する排気の量よりも減少させることを特徴とする。
つまり、 一の排気浄化触媒では、 還元剤供給手段により還元剤が供給 されるため、 この還元剤が排気浄化触媒で反応する。 これにより排気中 の酸素が減少する。 さらに、 排気の量が減少されることにより、 一の排 気浄化触媒における空間速度 （S V ) が低くなる。 このような状態では 、 一の排気浄化触媒において還元剤が過剰に多い状態となるため酸素が 不足する。 そのため、 一の排気浄化触媒に供給された還元剤の一部は、 該一の排気浄化触媒にて反応することなく下流へ流出する。 このように して、 一の排気浄化触媒では、 酸素の流入量を制限することにより、 還 元剤の反応による発熱を抑えることができるため、 該一の排気浄化触媒 の過熱を抑制できる。
また、 一の排気浄化触媒にて反応しなかった還元剤は、 パティキユレ 一卜フィルタに流入する。 ここで、 他の排気通路においては還元剤が供 給されていないため、 他の排気浄化触媒から流出する排気には酸素が多 く含まれている。 そのため、 パティキュレー卜フィル夕には、 酸素も流 入することになる。 つまり、 還元剤と酸素とがパティキユレ一卜フィル 夕に流入するため、 該パティキュレー卜フィル夕に担持されるか、 また は上流に備わる酸化能を有する触媒にて発熱する。 これにより、 パティ キユレ一卜フィルタの温度を上昇させることができる。 つまり、 排気浄 化触媒の温度上昇を抑制しつつパティキユレ一卜フィル夕の温度を上昇 させることができる。
本発明においては、 前記一の排気浄化触媒に付着している還元剤の量 が閾値以下となるまでの間、 該一の排気浄化触媒を通過する排気の量を 減少させることができる。
還元剤が供給された排気通路に備わる排気浄化触媒には、 還元剤が付 着することがある。 そして、 一の排気浄化触媒に多くの還元剤が付着し ている状態で排気の量が元に戻されると、 該一の排気浄化触媒にて還元 剤と酸素とが一斉に反応することによリ、 該一の排気浄化触媒が過熱す る虞がある。 しかし、 排気浄化触媒に付着した還元剤は、 該排気浄化触 媒を通過する排気の量が減少されているときにおいても徐々に気化する ため、 時間の経過とともに減少する。 そして、 一の排気浄化触媒に付着 していた還元剤が減少した後に排気の量を増加させることにより、 該ー の排気浄化触媒の過熱を抑制できる。 すなわち、 前記閾値とは、 一の排 気浄化触媒を通過する排気の量を元に戻したときに該排気浄化触媒が過 熱することのない還元剤の付着量とすることができる。 なお、 排気の量 を増加させたときに排気浄化触媒が過熱することのない還元剤の付着量 となるまでの期間を予め求めておき、 この期間を前記一の排気浄化触媒 を通過する排気の量を減少させる期間としてもよい。
本発明においては、 前記排気浄化触媒は吸蔵還元型 N O x触媒を含ん で構成され、 前記パティキュレー卜フィルタの再生は、 前記一の排気浄 化触媒に吸蔵されている N O xを還元するときに合わせて行なうことが できる。
この吸蔵還元型 N O x 触媒は、 流入する排気の酸素濃度が高いときは 排気中の N O x を吸蔵し、 流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元剤が 存在するときは吸蔵していた N O x を還元する機能を有する。 つまり、 一の吸蔵還元型 N O x 触媒に還元剤を供給することにより、 該一の吸蔵 還元型 N O x 触媒に吸蔵されている N O x を還元させることができる。 そして、 一の吸蔵還元型 N O x 触媒の N O x 吸蔵量が十分に多くなつて からパティキュレー卜フィル夕の再生を行うことにより、 N O x の還元 とフィルタの再生とを同時に行うことができるため、 還元剤の消費量を 低減することができる。
本発明においては、 前記一の排気浄化触媒における雰囲気中の酸素量 が所定値以下となるように該一の排気浄化触媒を通過する排気の畺を減 少させることができる。
ここで、 一の排気浄化触媒に流入する酸素量を制限すると、 還元剤を いくら供給しても該一の排気浄化触媒にて反応する還元剤量が限られる ため、 該一の排気浄化触媒の温度が上昇しなくなる。 つまり、 一の排気 浄化触媒が過熱しないように該一の排気浄化触媒に流入する酸素量を抑 制することにより、 該一の排気浄化触媒の過熱を抑制できる。 すなわち 前記所定値とは、 還元剤の供給量によらず、 一の排気浄化触媒の過熱を 抑制できる酸素量とすることができる。
本発明においては、 前記調節手段は、 前記分岐部と前記合流部との間 の排気通路に夫々備わり該排気通路の流路断面積を調節する調節弁を含 んで構成され、 前記排気浄化触媒を通過する排気の量の減少は前記調節 弁を閉じ側にすることにより行なわれ、 該調節弁が閉じ始めてから全閉 となるまでの間に前記一の還元剤供給手段による還元剤の供給を開始す ることができる。
ここで、 一の排気浄化触媒を通過する排気の量が減少されてから一の 還元剤供給手段により排気中へ還元剤が供給されると、 還元剤が一の排 気浄化触媒に到達するまでに時間がかかってしまう。 その結果、 パティ キュレー卜フィル夕の再生に要する時間が長くなる。 これに対し、 還元 剤が一の排気浄化触媒に到達したときに該一の排気浄化触媒を通過する 排気の量を減少させることによリ、 パティキュレー卜フィルタの再生を 速やかに行うことができる。 そして、 前記調節弁が閉じ始めるときから 全閉となるまでの間に前記一の還元剤供給手段により還元剤を供給する ことで、 一の排気浄化触媒に還元剤が到達するまでの時間を短縮すると 共に、 還元剤が到達したときの酸素量を減少させることができる。 これ により、 一の排気浄化触媒の過熱を抑制しつつ、 パティキュレートフィ ル夕の再生を速やかに行うことができる。
本発明においては、 前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を複数回 に分割しつつ等間隔で行い、 分割した夫々の還元剤の供給量を所定量以 下とすることができる。
還元剤の供給を複数回に分割して行い、 1 回あたりの供給量を可及的 に少なくすると共に等間隔で供給することにより、 還元剤の気化を促進 させることができる。 これによリ、 還元剤が一の排気浄化触媒に液体の まま付着する量が少なくなる。 つまり、 一の排気浄化触媒に付着しない で通過する還元剤の量が多くなる。 そして、 一の排気浄化触媒に付着す る還元剤量が少なくなることによリ、 その後に一の排気浄化触媒を通過 する排気の量が多くなつたときに反応する還元剤の量を減少させること ができる。 これにより、 一の排気浄化触媒が過熱することを抑制できる 本発明においては、 前記還元剤供給手段から還元剤を供給し、 且つ、 該還元剤を供給された排気浄化触媒を通過する排気の量を他の排気浄化 触媒を通過する排気の量よりも減少させることを、 複数の排気通路にお いて順に行なうことができる。
還元剤を供給することにより排気浄化触媒の熱劣化が進行する。 これ に対し、 一の排気浄化触媒から他の排気浄化触媒に順に還元剤を供給す ることによりパティキュレー卜フィルタの再生を行うと、 各排気浄化触 媒の熱劣化の進行度合いを夫々のパティキユレ一卜フィルタで同程度と することができる。 これにより、 システム全体としての浄化能力をより 高く保つことができる。
本発明においては、 前記一の還元剤供給手段は、 還元剤を供給したと きに該還元剤が気化することにより排気通路を逆流したとしても他の排 気浄化触媒が設けられている排気通路へ到達しない個所に還元剤を供給 することができる。
ここで、 排気中に還元剤を供給すると、 該排気の熱により還元剤の一 部が気化し、 これにより還元剤の体積が膨張する。 このときには、 排気 浄化触媒を通過する排気の量が減少されているため、 膨張した還元剤は 排気通路を逆流することがある。 そして、 膨張した還元剤が分岐部に到 達すると、 他の排気浄化触媒が設けられている排気通路に還元剤が流入 してしまう。 そして他の排気浄化触媒では、 通過する排気の量が減少さ れていないことにより通過する酸素量が多いので、 流入した還元剤が反 応してしまう。 そのため、 パティキュレー卜フィルタに到達する還元剤 量が少なくなるため、 該パティキュレー卜フィルタの再生に要する時間 が長くなる。
これに対し一の還元剤供給手段により供給された還元剤が他の排気浄 化触媒が設けられる排気通路に到達しないように、 該一の還元剤供給手 段から還元剤が供給される個所と、 分岐部との距離を十分長く取る。 こ れにより、 還元剤が他の排気浄化触媒を通過することを抑制できる。 本発明においては、 前記還元剤供給手段により排気通路内に供給され た還元剤が衝突する部材を各排気通路内に備えて構成されることができ る。
このように還元剤を他の部材に衝突させることにより、 該還元剤の気 化を促進させることができる。 この部材はヒータ等により加熱してもよ い。 また、 他の部材に還元剤が付着することを抑制するために、 該他の 部材は金属を材料としてもよい。
本発明においては、 前記排気浄化触媒よりも下流で且つ前記合流部よ リも上流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する空燃比センサと 前記排気浄化触媒よりも下流で且つ前記合流部よりも上流の排気通路 を流通する排気の温度を検出する温度センサと、
前記空燃比センサまたは前記温度センサの何れか一方により検出され る値が、 所定の範囲外の場合に、 何れかの部材に異常が生じていると判 定する異常判定手段と、
を備えることができる。 - 例えば、 一の排気浄化触媒を通過する排気の量を減少させようとして も減少しなかった場合には、 還元剤を供給したときに該還元剤が一の排 気浄化触媒で一斉に反応するため、 該一の排気浄化触媒が過熱する虞が ある。 このような場合には、 空燃比センサにより得られる空燃比はよリ リーンとなり、 温度センサにより得られる温度はより高くなる。 このよ うにして、 各センサにより得られる値が正常値を外れた場合には、 何れ かの部材に異常が生じていると判定することができる。 つまり、 前記所 定の範囲とは、 全ての部材が正常の場合の検出値の範囲を示している。 以上説明したように本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、 フィルタの再生時に該フィルタの温度を速やかに上昇させつつ該フィル 夕よりも上流に備わる排気浄化触媒の過熱を抑制することができる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図であ る。
図 2は、 実施例におけるフィルタの再生時の燃料添加制御のフローを 示したフローチャートである。
図 3は、 分散板を供えるときの第 1燃料添加弁及び第 2燃料添加弁付 近の拡大図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様につ いて図面に基づいて説明する。
(実施例 1 )
図 1 は、 本実施例に係る内燃機関 1 とその排気系の概略構成を示す図 である。 図 1 に示す内燃機関 1 は、 水冷式の 4サイクル ·ディーゼルェ ンジンである。
内燃機関 1 には、 燃焼室へ通じる排気通路 2が接続されている。 この 排気通路 2は、 分岐部 1 1 にて第 1排気通路 2 1 と第 2排気通路 2 2と に分岐し、 該第 1排気通路 2 1 と第 2排気通路 2 2とは、 分岐部 1 1 よ リも下流の合流部 1 2にて合流している。
第 1排気通路 2 1 には第 1 吸蔵還元型 N O x触媒 3 1 (以下、 第 1 N O x触媒 3 1 という。） が設けられている。 また、 第 2排気通路 2 2には 第 2吸蔵還元型 N O X触媒 3 2 (以下、 第 2 N O x触媒 3 2という。） が 設けられている。 第 1 N O x触媒 3 1及び第 2 N O x触媒 3 2は、 流入す る排気の酸素濃度が高いときは排気中の N O xを吸蔵し、 流入する排気 の酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた N O xを還 元する機能を有する。 なお、 本実施例においては第 1 N O x触媒 3 Ί及 び第 2 N O x触媒 3 2が、 本発明における排気浄化触媒に相当する。 分岐部 1 1 よりも下流で且つ第 1 N O x触媒 3 1 よりも上流の第 1排 気通路 2 〗 には、 該第 1排気通路 2 1を流通する排気中に還元剤たる燃 料 （軽油） を添加する第 1燃料添加弁 5 1が取り付けられている。 また 、 分岐部 1 1 よりも下流で且つ第 2 N O x触媒 3 2よりも上流の第 2排 8 061279
9 気通路 2 2には、 該第 2排気通路 2 2を流通する排気中に還元剤たる燃 料 （軽油） を添加する第 2燃料添加弁 5 2が取り付けられている。 なお 、 本実施例においては第 1燃料添加弁 5 1及び第 2燃料添加弁 5 2が、 本発明における還元剤供給手段に相当する。
第 1 N O x触媒 3 1 よリも下流で且つ合流部 1 2ょリも上流の第 1排 気通路 2 1 には、 該第 1排気通路 2 1の通路断面積を調節する第 1調節 弁 4 1が設けられている。 また、 第 2 N O x触媒 3 2よりも下流で且つ 合流部 1 2よりも上流の第 2排気通路 2 2には、 該第 2排気通路 2 2の 通路断面積を調節する第 2調節弁 4 2が設けられている。 なお、 本実施 例においては第 1調節弁 4 1及び第 2調節弁 4 2が、 本発明における調 節手段に相当する。
第 1 N O x触媒 3 1 よりも下流で且つ第 1 調節弁 4 1 よりも上流の第 Ί排気通路 2 1 には、 該第 1排気通路 2 1 を流通する排気の空燃比を検 出する第 1 空燃比センサ 6 1 と、 排気の温度を検出する第 1温度センサ 7 1 とが取り付けられている。 また、 第 2 N O x触媒 3 2よりも下流で 且つ第 2調節弁 4 2よりも上流の第 2排気通路 2 2には、 該第 2排気通 路 2 2を流通する排気の空燃比を検出する第 2空燃比センサ 6 2と、 排 気の温度を検出する第 2温度センサ 7 2とが取リ付けられている。 なお 、 本実施例においては第 1 空燃比センサ 6 1及び第 2空燃比センサ 6 2 が、 本発明における空燃比センサに相当する。 また、 本実施例において は第 1温度センサ 7 1及び第 2温度センサ 7 2が、 本発明における温度 センサに相当する。
そして、 合流部 1 2よりも下流の排気通路 2には、 酸化触媒を担持し たパティキュレー卜フィルタ 8 (以下、 フィルタ 8という。） が設けら れている。 このフィルタ 8は、 排気中に含まれる P Mを捕集する。 なお 、 フィルタ 8に酸化触媒を担持する代わりに、 合流部 1 2よりも下流で 且つフィルタ 8よりも上流に酸化触媒を設けてもよい。 また、 酸化触媒 に代えて、 酸化能力を有する他の触媒 （例えば、 N O x触媒、 三元触媒 ) を用いることもできる。
フィルタ 8よりも下流の排気通路 2には、 該排気通路 2を流通する排 気の温度を検出する第 3温度センサ 9が取り付けられている。
以上述べたように構成された内燃機関 1 には、 該内燃機関 1 を制御す るための電子制御ユニットである E C LM 0が併設されている。
この E C U 1 0には、 上記センサの出力信号が入力されるようになつ ている。 一方、 E C U 1 0には、 第〗燃料添加弁 5 〗、 第 2燃料添加弁 5 2、 第〗調節弁 4 1、 第 2調節弁 4 2が接続され、 これらは E C U 1 0により制御される。
そして、 本実施例では、 フィルタ 8の再生を行なうときに第 1燃料添 加弁 5 1 または第 2燃料添加弁 5 2の何れか一方から燃料を噴射してい る。 このときに、 燃料が添加されたほうの排気通路において調節弁が閉 じ側に動かされる。 以下、 第 1燃料添加弁 5 1から燃料を噴射させる場 合について説明する。
この場合、 フィルタ 8の再生を行なうときに、 第 1燃料添加弁 5 1か ら燃料を噴射させると共に第 1調節弁 4 1が閉じられる。 ここで、 第 1 調節弁 4 〗 は、 最も閉じ側となっても排気が流通可能な隙間が残るよう に設定されている。 本実施例では、 第 1調節弁 4 1 または第 2調節弁 4 2が最も閉じ側となった状態を 「全閉」 と称する。 そして、 フィル夕 8 の再生時には、 第 1調節弁 4 1 を全閉としてもよい。
第 1燃料添加弁 5 〗 から噴射された燃料が第 1 N O x触媒 3 1 に流入 すると、 該燃料が排気中の酸素により酸化される。 しかし、 排気の流量 が少ないことによリ該第 1 N O x触媒 3 1 内に供給される酸素量が少な くなるため、 燃料の一部は該第 1 N O x触媒 3 1 で完全に酸化されない まま該第 1 N O x触媒 3 1 から流出する。
つまり、 第 1 N O x触媒 3 1 で反応する燃料が少なくなることにより 該第 1 N O x触媒 3 1 の温度の上昇 抑制できる。 また、 第 I N O x触媒 3 1 から燃料が流出することにより、 フィルタ 8へ燃料を供給すること ができる。 そして、 このときには第 2調節弁 4 2が全開とされる。 これ により、 第 2排気通路 2 2にはリーン空燃比の排気が多く流通する。 そ して、 このリーン空燃比の排気は第 2排気通路 2 2を通過して下流のフ ィルタ 8へ流入する。
そして、 フィルタ 8に担持された酸化触媒にて、 第 1 N Ox触媒 3 1 から流出する燃料と、 第 2 N Ox触媒 3 2を通過する酸素と、 が反応す るため、 このときの反応熱でフィルタ 8の温度が上昇する。 これにより 、 フィルタ 8の再生を行なうことができる。
なお、 第 1燃料添加弁 5 1 から添加する燃料量は、 第 1 N Ox触媒 3 1 を通過する排気の空燃比がリッチとなるように調節する。 このときに 、 第 1空燃比センサ 6 1 により検出される空燃比が所定のリッチ空燃比 となるようにフィードバック制御してもよい。 また、 フィルタ 8の温度 が該フィルタ 8の再生に必要となる温度となるように第 1燃料添加弁 5 1 から添加する燃料量を調節してもよい。 このときに、 第 3温度センサ 9により検出される温度が所定の温度となるようにフィードバック制御 してもよい。
このようにして、 第 1 N Ox触媒 3 1及び第 2 N Ox触媒 3 2の過熱を 抑制しつつ、 フィルタ 8の再生を行なうことができる。 なお、 フィルタ 8の再生時、 N Oxの還元時、 または硫黄被毒回復時以外には、 第 1調 節弁 4 1及び第 2調節弁 4 2は全開とされる。
本実施例においては、 以下の （ 1 ) から （4) の順にフィルタ 8の再 生を行なってもよい。
( 1 ) E C U 1 0が第 1調節弁 4 1 を全閉とするための信号を出す。
(2 ) E C U 1 0が第 1燃料添加弁 5 1から燃料を噴射させるための 信号を出す。
( 3 ) 第 1燃料添加弁 5 1 からの燃料の噴射を停止させると共に、 第 1調節弁 4 1 を全閉のまま所定時間維持する。
(4) 第 1調節弁 4 1 を全開とする。 2008/061279
12 ここで、 第 1燃料添加弁 5 1から燃料を噴射すると、 その一部が第 1 N Ox触媒 3 1 に付着する。 そして、 第 1 N Ox触媒 3 1 に燃料が多く付 着している状態のときに、 第 1調節弁 4 1 を全開とすると、 該第 1 N O X触媒 3 1 に付着している燃料と酸素とが反応して、 該第 1 N Ox触媒 3 1が過熱する虞がある。 これに対し、 前記 （3 ) では、 燃料添加の停止 後に第 1調節弁 4 1 をすぐには開かずに、 所定時間の経過後に開いてい る。 つまり、 第 1 N Ox触媒 3 1 に付着している燃料を低 S V下にて酸 化させた後に、 第 1調節弁 4 1 を開いている。
第 1調節弁 4 1 を開くタイミングは、 例えば第 1 N Ox触媒 3 1 に付 着している燃料量を推定し、 この燃料量が第 1 N Ox触媒 3 〗の過熱を 発生させない量 （閾値） 以下に減少するまでの時間とすることができる 次に本実施例におけるフィルタ 8の再生時の燃料添加制御のフローに ついて説明する。
図 2は、 本実施例におけるフィルタ 8の再生時の燃料添加制御のフロ 一を示したフローチヤ一卜である。
ステップ S 1 0 1では、 第 1調節弁 4 1が全閉とされる。
ステップ S 1 0 2では、 第 1燃料添加弁 5 1 から燃料が添加される。 ステップ S 1 0 3では、 第 1 N Ox触媒 3 1 に付着している燃料量が 推定される。
ステップ S 1 0 4では、 ステップ S 1 0 3で推定された燃料量が閾値 以下であるか否か判定される。 ステップ S 1 04で肯定判定がなされた 場合にはステップ S 1 0 5へ進み、 一方否定判定がなされた場合にはス テツプ S 1 0 3へ戻る。
ステップ S 1 0 5では、 第 1調節弁 4 1が全開とされる。
このようにすることで、 第 1 N Ox触媒 3 1 の過熱を抑制しつつフィ ル夕 8へ燃料と酸素とを供給することができる。 そして、 次回には第 2 調節弁 4 2を全閉としつつ第 2燃料添加弁 5 2から燃料を添加する。 なお、 前記 （ 1 ) における信号を出すのは、 第 1 N Ox触媒 3 1 に吸 蔵されている N Oxを還元させるときであってもよい。 例えば、 第 1 N Ox触媒 3 1 に所定量以上の N Oxが吸蔵されていると推定されるときに 、 フィルタ 8の再生を行なってもよい。 この所定量は、 N Oxの還元が 必要な量として予め実験等により求めておく。 フィルタ 8の再生を行な うために第 1燃料添加弁 5 1 から燃料を添加すると、 第 1 N Ox触媒 3 1 に流入する排気がリッチ空燃比となるため、 該第 1 N Ox触媒 3 1 に 吸蔵されている N Oxが還元される。 これにより、 N Oxの還元とフィル 夕 8の再生とを同時に行なうことができるため、 燃費の悪化を抑制でき る。
また、 第 1調節弁 4 1 を全閉にしたときの該第 1調節弁 4 1 と第 1排 気通路 2 1 との隙間を以下のようにして決定することができる。 すなわ ち、 第 1燃料添加弁 5 1からの燃料添加量をどんなに多くても、 第 I N Ox触媒 3 1が過熱しない程度の排気が流通する隙間とする。 つまり、 第 1 N Ox触媒 3 1が過熱するか否かは、 該第 1 N Ox触媒 3 1 に残存す る酸素の量で決まるため、 該 N Ox触媒 3 1 が過熱しない範囲となるよ うに、 前記隙間を決定する。 なお、 フィルタ 8の再生を行なう運転領域 で排気の量が最も多きときに対して、 1から 3 %の量の排気が第 1 N O X触媒 3 1 に流れるように前記隙間を決定してもよい。 この隙間に代え て、 第 1調節弁 4 1 を全閉にしたときの該第 1調節弁 4 1 を通過する排 気の量としてもよい。 また、 第 1調節弁 4 1 を最も閉じ側としたときの 開度としてもよい。
また、 前記 （2 ) における信号を出すのは、 第 1調節弁 4 1が全閉と なる前であってもよい。 つまり、 第 1調節弁 4 1 を全閉とする信号が出 されてから、 実際に全閉となるまでの間に第 1燃料添加弁 5 1から燃料 を噴射させてもよい。 ここで、 第 1燃料添加弁 5 1 から噴射された燃料 が第 1 N Ox触媒 3 1 に流入し、 その後、 ある程度の時間が経過した後 に第 1調節弁 4 Ί を全閉とすると、 該第 1 N Ox触媒 3 1 にて燃料が急 激に反応するため、 該第 1 N O x触媒 3 1 が過熱する虞がある。 一方、 第 1燃料添加弁 5 1 から燃料が噴射される前に第 1調節弁 4 1が全閉と されると、 該第〗燃料添加弁 5 1 から噴射された燃料が第〗 N O x触媒 3 1 に到達するまでに時間がかかってしまい、 迅速なフィルタ 8の再生 が困難となる。 つまり、 第 1燃料添加弁 5 1 から噴射された燃料が第 Ί N O x触媒 3 1 にちようど到達したときに第 1調節弁 4 1 を全閉とする ことにより、 第 1 N O x触媒 3 1 の過熱を抑制しつつ迅速なフィルタ 8 の再生が可能となる。
また、 前記 （2 ) における信号により、 第 1燃料添加弁 5 1から等間 隔に燃料を噴射してもよい。 つまり、 必要となる燃料を一度に噴射する のではなく、 分割して噴射してもよい。 なお、 一回当たりの燃料噴射量 は可及的に少ないほうがよい。
このようにすることで、 第 1燃料添加弁 5 1 から噴射した燃料の気化 が促進されるため、 燃料が第〗 N O x触媒 3 1 に付着することを抑制で きる。 つまり、 気化した燃料が第 1 N O x触媒 3 1 を通過するようにな るため、 フィルタ 8により多くの燃料を供給することができる。 また、 第 1 N O x触媒 3 1 に付着する燃料量がより少なくなるため、 その後に 第 1 調節弁 4 1が開かれたときに該第 1 N O x触媒 3 1 の温度が上昇す ることを抑制できる。 すなわち、 第 1燃料添加弁 5 1 から噴射された燃 料が第 1 N O x触媒 3 1 で可及的に反応しないようにして、 フィルタ 8 へ燃料を送り込む。
ここで、 第 1空燃比センサ 6 1 により検出される空燃比が所定の空燃 比となるように、 第 1燃料添加弁 5 1からの燃料の噴射間隔を調節して もよい。 例えば空燃比を高くするためには燃料の噴射間隔を長くし、 低 くするためには燃料の噴射間隔を短くする。 また、 第 1温度センサ 7 1 により検出される温度が所定の温度となるように、 第 1燃料添加弁 5 1 からの燃料の噴射間隔を調節してもよい。 さらに、 第 3温度センサ 9に より検出される温度が所定の温度となるように、 第 1燃料添加弁 5 1か らの燃料の噴射間隔を調節してもよい。 例えば温度を上昇させるときに は、 よりリッチとなるように燃料の噴射間隔を短くする。 また、 温度を 下降させるときには、 よりリーンとなるように燃料の噴射間隔を長くす る。
なお、 本実施例では第 1燃料添加弁 5 1から燃料を添加する場合につ いて説明したが、 第 2燃料添加弁 5 2から燃料を添加する場合にも同様 に考えることができる。 すなわち、 第 1調節弁 4 1 を全開とし、 且つ第 2調節弁 4 2を閉弁しつつ第 2燃料添加弁 5 2から燃料を噴射すること により、 フィルタ 8へ燃料と酸素とを供給することができる。
また、 フィルタ 8の再生時には、 第〗燃料添加弁 5 1 と第 2燃料添加 弁 5 2とから交互に燃料を噴射させてもよい。 つまり、 初めに第 1調節 弁 4 1 を閉弁しつつ第 1燃料添加弁 5 1から燃料を噴射し且つ第 2調節 弁 4 2を全開とする。 次に、 第 1調節弁 4 1 を全開とし、 且つ第 2調節 弁 4 2を閉弁しつつ第 2燃料添加弁 5 2から燃料を噴射する。 これを繰 リ返すことにより、 フィルタ 8には燃料と酸素とを供給することができ る。 また、 第 1 N O x触媒 3 1 と第 2 N O x触媒 3 2とで交互に温度が上 昇するようになるため、 該第 1 N O x触媒 3 1及び第 2 N O x触媒 3 2の 過熱を抑制できる。
なお、 内燃機関 1 からの排気の温度が低下すること等によりフィルタ 8の温度が P Mを酸化可能な温度よりも低くなつた場合には、 第 1調節 弁 4 1 または第 2調節弁 4 2の何れか全閉とさているほうを全閉のまま 維持してもよい。 これにより、 全閉とされている調節弁では、 温度の低 い排気が少量しか通過しないため、 この調節弁よりも上流に備わる N 0 X触媒の温度低下を抑制できる。 その後、 内燃機関 1 からの排気の温度 が上昇してフィルタ 8の再生が可能となったときに、 全閉とされている ほうの調節弁よりも上流の燃料添加弁から燃料を添加させる。
例えばフィルタ 8の再生時に内燃機関 1 の負荷が非常に低くなつた場 合や、 アイドル運転状態になった場合に排気の温度が低下してフィルタ 8の再生が困難となる。 このようなときに、 燃料添加を行なっていたほ うの調節弁を開いてしまうと、 N O x触媒の温度が排気に持ち去られて 該 N O x触媒の温度が低下してしまう。 そして、 再度温度を上昇させる ために、 多くの燃料を要するため、 燃費が悪化してしまう。 これに対し 、 フィルタ 8の再生中に排気の温度が低くなつた場合において、 調節弁 を全閉のまま維持すれば、 N O x触媒の温度を高いまま維持することが できる。 これにより、 その後に排気の温度が高くなつたときに速やかに フィルタ 8の再生を再開することができる。 また、 第 1 N O x触媒 3 1 及び第 2 N O x触媒 3 2の熱劣化の進行を抑制できる。
一方、 内燃機関 1からの排気の温度が上昇したり排気の量が多くなつ たりする等によリフィルタ 8の再生を行なうことができなくなった場合 には、 第 1調節弁 4 1 および第 2調節弁 4 2を全開としてもよい。 これ により、 何れかの調節弁を閉じていることによる圧力損失の上昇を回避 することができる。 そして、 その後に排気の温度が下降したり排気の量 が少なくなつたりした場合には、 前回に全閉とされていた調節弁を再度 全閉として燃料添加を再開する。 これにより、 第 1 N O x触媒 3 1及び 第 2 N O x触媒 3 2の熱劣化の進行を抑制できる。
また、 第 1燃料添加弁 5 1及び第 2燃料添加弁 5 2を設置する位置は 、 夫々の燃料添加弁から添加された燃料が他方の燃料添加弁が備わる排 気通路に流入しない位置としてもよい。 調節弁が閉じられているときに 燃料添加弁から燃料の添加を行なうと、 この燃料が気化して膨張したと きに、 下流側の排気の流通が制限されていることから、 上流側へ燃料が 逆流することがある。 他方の排気通路ではリーン空燃比の排気が多く流 れているため、 燃料が N O x触媒で反応してしまうので、 フィルタ 8に 到達する燃料量が少なくなる。 つまり、 フィルタ 8の再生により多くの 燃料が必要となるため、 燃費が悪化する。 これに対し燃料添加弁から分 岐部 1 1 までの距離が十分長ければ、 逆流した燃料が他方の排気通路に 流入することを抑制できる。 例えば、 第 1燃料添加弁 5 1 の設置位置は、 第 1調節弁 4 1 を全閉と したときの排気の流量と、 燃料添加量と、 雰囲気温度と、 を考慮して決 定する。 ここで、 燃料が膨張したときに第 1排気通路 2 1 を逆流すると きの速度は、 排気の流量、 燃料添加量、 及び雰囲気温度に応じて変化す る。 そして、 燃料が逆流したときに最も上流側に到達した位置が分岐部 1 1 よりも下流側となるように第 1燃料添加弁 5 1 の設置位置を決定す る。 第 2燃料添加弁 5 2についても同様に設置位置を決定する。
ただし、 第 1燃料添加弁 5 1 および第 2燃料添加弁 5 2から分岐部 1 1 までの距離は短いほうが良いため、 燃料添加時における 1 回当たりの 燃料噴射量を可及的に少なくする。 つまり、 第 1燃料添加弁 5 1 および 第 2燃料添加弁 5 2から噴射させる燃料量を、 該第 1燃料添加弁 5 1 お よび第 2燃料添加弁 5 2から噴射し得る最小量としてもよい。
なお、 第 1 N O x触媒 3 1及び第 2 N O x触媒 3 2を内燃機関 1 のすぐ 横に搭載し、 フィルタ 8を車両の床下に搭載しても良い。 第 1 N O x触 媒 3 1及び第 2 N O x触媒 3 2を内燃機関 1 の横に配置することにより 、 夫々の N O x触媒における温度を高く保つことが容易となり、 より効 率の良い N O xの還元が可能となる。 また、 フィルタ 8を N O x触媒に近 い床下に配置することにより、 第 1調節弁 4 1及び第 2調節弁 4 2の設 置が容易となるとともに、 フィル夕 8の容量を大きくすることができる 。
また、 第 1燃料添加弁 5 1及び第 2燃料添加弁 5 2から噴射された燃 料の気化を促進させるために、 例えば燃料の噴霧領域に分散板を設けて もよい。 図 3は、 分散板を供えるときの第 1燃料添加弁 5 〗及び第 2燃 料添加弁 5 2付近の拡大図である。 第 1燃料添加弁 5 1 から噴射された 燃料の噴霧領域に第 1分散板 1 3 1が備えられ、 第 2燃料添加弁 5 2か ら噴射された燃料の噴霧領域に第 2分散板 1 3 2が備えられている。 こ の第 1分散板 1 3 1 および第 2分散板 1 3 2の材料を金属とすることに より、 該第 1分散板 1 3 1 および第 2分散板 1 3 2分散板に燃料が多量 に付着することを抑制できる。 そして、 排気の熱により第 1分散板 1 3 1 および第 2分散板 1 3 2の温度が高くなるため、 該第 1分散板 1 3 1 および第 2分散板 1 3 2に燃料が付着すると燃料の気化が促進される。 また、 第 1燃料添加弁 5 1 と第 1 N O x触媒 3 1 との間に第 1 電気ヒ 一夕 1 4 1 を備え、 第 2燃料添加弁 5 2と第 2 N O x触媒 3 2との間に 第 2電気ヒータ 1 4 2を備えていても良い。 第 1電気ヒータ 1 4 1 およ び第 2電気ヒータ 1 4 2は、 他の加熱装置であってもよい。 つまり、 排 気中に添加された燃料を電気ヒータ等により加熱することで燃料の気化 を促進することができる。 なお、 本実施例においては第 1分散板 1 3 1 および第 2分散板 1 3 2が、 本発明における 「還元剤が衝突する部材 J に相当する。
なお、 第 1空燃比センサ 6 1、 または第 1温度センサ 7 1 、 第 2空燃 比センサ 6 2、 第 2温度センサ 7 2の出力信号に応じてシステムの異常 を判定することができる。
例えば第 1調節弁 4 1が故障して全閉とならない場合には、 第 1 N O X触媒 3 1 に燃料と酸素とが流入することにより、 該第 1 N O x触媒 3 1 が過熱する虞がある。 このような場合には、 第 1空燃比センサ 6 1 によ リ得られる空燃比が、 想定される値よりも高くなる （つまリリーンとな る。 ） 。 また、 第 1温度センサ 7 1 により得られる温度が、 想定される 値よりも高くなる。 つまり、 排気の空燃比と温度とが想定範囲内であれ ば、 システムは正常であると判定することができる。 また、 第 1調節弁 4 1及び第 2調節弁 4 2の開度を検出するためのセンサを取り付けて、 該第〗調節弁 4 〗及び第 2調節弁 4 2の開度を直接検出することにより 異常を判定してもよい。 なお、 本実施例においてはこのように異常を判 定する E C U 1 0が、 本発明における異常判定手段に相当する。

Claims

請求の範囲
1 . 分岐部で複数に分岐し該分岐部よりも下流の合流部で合流する排 気通路と、
前記分岐部と合流部の間の排気通路に夫々設けられる排気浄化触媒と 、
前記合流部よりも下流の排気通路に設けられ酸化能力を有する触媒を 担持するかまたは酸化能力を有する触媒を上流に備えるパティキュレー 卜フィルタと、
前記分岐部よりも下流で且つ前記排気浄化触媒よりも上流から夫々の 排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気の量を調節する調節手段と、 を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレー卜フィルタの再生を行なうときに、 一の還元剤供 給手段から還元剤を供給し、 且つ、 該還元剤が供給される排気通路に設 けられている一の排気浄化触媒を通過する排気の量を他の排気浄化触媒 を通過する排気の量よりも減少させることを特徴とする内燃機関の排気 浄化装置。
2 . 前記一の排気浄化触媒に付着している還元剤の量が閾値以下とな るまでの間、 該一の排気浄化触媒を通過する排気の量を減少させること を特徴とする請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3 . 前記排気浄化触媒は吸蔵還元型 N O x 触媒を含んで構成され、 前 記パティキュレー卜フィル夕の再生は、 前記一の排気浄化触媒に吸蔵さ れている N O x を還元するときに合わせて行なうことを特徴とする請求 項 1又は 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4 · 前記一の排気浄化触媒における雰囲気中の酸素量が所定値以下と なるように該一の排気浄化触媒を通過する排気の量を減少させることを 特徴とする請求項 1又は 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5 . 前記調節手段は、 前記分岐部と前記合流部との間の排気通路に夫 々備わリ該排気通路の流路断面積を調節する調節弁を含んで構成され、 前記排気浄化触媒を通過する排気の量の減少は前記調節弁を閉じ側にす ることにより行なわれ、 該調節弁が閉じ始めてから全閉となるまでの間 に前記一の還元剤供給手段による還元剤の供給を開始することを特徴と する請求項 1又は 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6 . 前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を複数回に分割しつつ等 間隔で行い、 分割した夫々の還元剤の供給量を所定量以下とすることを 特徴とする請求項 1又は 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7 . 前記還元剤供給手段から還元剤を供給し、 且つ、 該還元剤を供給 された排気浄化触媒を通過する排気の量を他の排気浄化触媒を通過する 排気の量よりも減少させることを、 複数の排気通路において順に行なう ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8 . 前記一の還元剤供給手段は、 還元剤を供給したときに該還元剤が 気化することによリ排気通路を逆流したとしても他の排気浄化触媒が設 けられている排気通路へ到達しない個所に還元剤を供給することを特徴 とする請求項 1又は 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9 . 前記還元剤供給手段により排気通路内に供給された還元剤が衝突 する部材を各排気通路内に備えて構成されることを特徴とする請求項 1 又は 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 0 . 前記排気浄化触媒よリも下流で且つ前記合流部よりも上流の排 気通路を流通する排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記排気浄化触媒よりも下流で且つ前記合流部よりも上流の排気通路 を流通する排気の温度を検出する温度センサと、
前記空燃比センサまたは前記温度センサの何れか一方により検出され る値が、 所定の範囲外の場合に、 何れかの部材に異常が生じていると判 定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の内燃機関の排気浄 化装置。
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